重介分選智能化控制技術的研究與應用

陳德奮，李麗麗，孟 濤，朱思斌，李 旭，劉正學

(棗莊礦業集團 三河口礦業公司選煤廠，山東 棗莊 277000)

1 概 述

煤礦智能化是煤礦綜合自動化發展的新階段，按照《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》(發改能源〔2020〕283號)、《山東省煤礦智能化建設實施方案》(魯能源煤炭字〔2019〕280號)及《智能化煤礦(井工)分類、分級技術條件與評價指標體系》等文件要求，建立智能化選煤系統，實現智能選煤過程管控常態化運行，建立滿足指導生產及參數調整要求的數學分析模塊，實現全系統生產實時智能管控，工藝參數實時智能調整，分選效果智能預判，做到產品質量穩定受控是目前選煤廠的發展方向。

三河口選煤廠按照智能建設標準要求，結合自身實際，堅持“總體規劃、分步實施、重點突破、務求實效”的基本原則，利用物聯網、互聯網、大數據技術，從重介分選各環節的智能化控制技術入手，著力打造示范型智能化選煤廠。

2 重介分選各環節的智能化控制技術研究與應用

2.1 重介分選密度的智能控制

該控制系統是通過在線測灰儀與采樣機的有機結合，采樣機布置于綜合精煤產品膠帶機。采樣機與浮選精煤卸料刮板機聯動，浮選精煤卸料時停止采樣，保證所采樣品全部為重介精煤，并通過測灰儀的現場精準標定，實現重介精煤煤質的快速檢測、精準分析；通過壓差式密度計、磁性物含量計，檢測當前旋流器懸浮液實時密度、磁性物含量；分別根據不同煤層原煤浮沉試驗數據，建立浮沉組成數學模型，開發基于MPC先進控制算法的重介懸浮液密度智能控制系統，通過灰分指標反饋PLC控制系統，PLC對現場儀器儀表信號進行采集和精準控制，實現了密度的高精度控制，同時自動補水和自動分流無擾切換，擴大了密度調控范圍，為灰分回控奠定了堅實基礎；設自動、智能兩種控制模式，實現灰分與密度的閉環控制。密度自動設定上位機轉化界面如圖1所示。

圖1 密度自動設定上位機轉化界面

本控制系統中的控制重點和難點是根據3上、3下煤不同煤質數據建立不同工況下辨識模型，精確標定先進控制算法的控制時域、預測時域，消除不同密度級工況下控制超調量問題。三河口選煤廠通過此項目的實施，實現了密度—灰分的智能閉環控制，穩定了產品質量，提高了重介精煤的質量和產率，實現選煤廠的優質高效運作。

2.2 智能給煤與智能節能控制

為實現智能給煤與節能控制，三河口選煤廠利用入選原料煤在線質量檢測數據與實際分選密度結合，建立各產品產率數學模型；分析給煤量與各臺給煤機供料頻率以及精煤、中煤、矸石生產量與頻率關系，開發智能給煤與節能控制系統平臺，通過控制系統參數與底層PLC變量之間的通訊，智能控制供料及產品膠帶機運行頻率，實現空載低速、重載智能調速，使系統達到最佳處理能力和運輸設備的節能控制。

2.3 重介旋流器智能防堵塞控制系統

由于入洗原煤不可避免的超粒或雜物進入選煤系統，在生產中經常出現旋流器二段堵塞的情況，如不及時發現會使大量原煤進入精煤(篩)，造成精煤產品質量事故的發生。為及時發現旋流器堵塞問題，三河口選煤廠研究出了一套旋流器二段入料口堵塞報警控制系統，在生產中協助集控人員及時發現堵塞問題，并代替崗位司機完成智能巡檢功能。

本系統主要依靠巡檢機器人采集矸石篩篩面視頻信號并進行對比分析，再配合控制系統中重介旋流器的懸浮液入料壓力變化曲線、入洗膠帶機給煤情況等數據作為共同分析數據，準確及時地判斷重介旋流器是否有堵塞故障。若有，集控室的上位機操作界面就會彈出報警信息，巡檢機器人快速準確到達報警位置，同時結合語音系統發出語音報警，并自動停止給煤，以最快的速度、最少的影響范圍結束事故影響，避免了因堵塞造成的煤質波動。

本系統主要由智能AI視頻分析系統、巡檢機器人系統、區域入侵廣播系統3部分組成。智能AI視頻分析系統采集正常和非正常生產的視頻圖像，通過預處理、樣本清洗、打標簽、模型搭建及訓練調試，最終確認為深度學習模型。巡檢機器人運行狀態如圖2所示。

圖2 巡檢機器人運行狀態

重介旋流器智能防堵塞控制系統在三河口重介選煤廠的研發應用，解決了重介旋流器堵塞造成精煤產品質量事故的問題，保障了生產的可靠性和產品質量的穩定性，實現了巡檢機器人在這一領域的新突破。

2.4 智能巡檢

三河口選煤廠在脫介篩、配電室、膠帶運輸機等處進行了智能巡檢機器人系統的研發并投用，實現智能巡檢。

(1)脫介篩智能巡檢機器人系統，能夠取代巡檢工對重介旋流器堵塞的迅速判斷并停止給煤，避免了因堵塞造成的煤質波動。日常對篩子進行巡檢，在篩子出現故障時快速到達故障位置，幫助調度室人員判斷事故原因。該系統還有區域入侵報警功能，當設備帶電情況下，有人員在篩子附近的危險區域，系統就會報警，并現場語音擴音廣播提醒，做到多網合一，配合辦公。

(2)智能配電巡檢機器人系統，主要包括集中控制遠程分合閘系統、選煤廠網管式停送電控制系統、巡檢機器人系統、綜保后臺管理系統4部分，通過共同配合，PLC控制系統實現對低壓660 V開關遠程分合閘，實現精準有效的遠程停送電。

集中控制遠程分合閘系統與選煤廠主洗系統共用1套PLC，主要由西門子416H PLC、上位機WINCC 7.3、下位機Step 7 5.4及通訊模塊 I/O模塊組成，通過PLC對電動操作機構進行遠程分合。

選煤廠網管式停送電控制系統，是基于三河口選煤廠開發的智能化軟件決策平臺終端服務系統，在該系統單獨設立停送電管理模塊，依據選煤廠的停送電制度，實現停送電申請的電子流程，在回路停送電流程審批完成后，由操作員遠程操作需要停送電設備。

巡檢機器人的配置包括巡檢機器人本體、智能終端監控軟件、軌道及其他輔助設施。智能終端控制軟件與機器人進行通信，顯示機器人發送的視頻以及各巡檢數據，并能夠下發控制指令，控制機器人的巡檢方式、運動方向，設置各傳感器的報警閾值等。

綜保后臺管理系統通過485總線通訊方式采集各設備回路電機綜合保護器實時數據，并通過以太網方式接入智能配電巡檢機器人系統。當某一配電回路產生報警時，系統給巡檢機器人發定位指令，巡檢機器人自主移動到報警回路位置，并將視頻、音頻信號上傳至集控中心。圖3為遠程停送電控制界面。

圖3 遠程停送電控制界面

三河口選煤廠智能配電巡檢機器人系統的投入使用，實現了精準有效的遠程停送電、智能化巡檢和無人化值守，提高了工作效率，降低了生產成本，減輕了職工勞動強度，在提高重要設備巡維質量的同時，增加了人機安全可靠性。

(3)膠帶機巡檢機器人系統，主要由機器人本體、基站、軌道系統和地面工作站組成。機器人本體吊掛在軌道上在巷道內往復運行，能夠完全代替巡檢工可靠巡檢。機器人搭載多種傳感器，實時采集現場的圖像、聲音、紅外熱像及溫度、煙霧、多種氣體濃度等參數；機器人具有智能識別功能，采用智能感知關鍵技術算法，能夠準確判斷設備當前運行狀態，并基于大數據分析預警技術，對膠帶輸送機運行故障超前預判、預警。與膠帶輸送機保護系統聯動，實現對膠帶機的故障視頻識別、工控視頻聯動、自動預警、崗位巡查監督等功能；接入工業以太網環網，實現調度監控中心對帶式輸送機的遠程監視，實現了偏遠崗點可“無人值守”的先進的運輸系統。

2.5 智能運維

三河口在重點設備關鍵部位安裝了溫度、振動、料位、液位、流量、密度、濁度、磁性物含量、稱重、速度、壓力、測灰儀等傳感器，實現了對生產現場的實時檢測，通過各傳感器使用可以對重點設備做到提前預防、及時處理，避免設備事故的發生。圖4是設備的溫度振動檢測界面，可以看到溫度振動的實時檢測數據，并進行統計、查詢和故障報警。

圖4 設備的溫度振動檢測界面

3 結 語

三河口選煤廠通過一系列的智能化技術研究與應用，重介分選智能水平得到進一步提升，實現預測性檢修，降低點檢人員工作量，提高效率，減少非計劃停機時間，降低維護成本；減少人員對生產流程的干預，提高了生產的穩定性和產品質量的穩定性，節能、提質、增效；實現了崗位管理由“專人值守”到“無人值守、專人巡視”的集約化模式轉變。選煤廠智能化還有很長路要走，未來在保證選煤生產安全前提下，實現選煤信息精細化、選煤工藝最優化和選煤決策智能化將是選煤人研究的課題。